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2008年振动力学期末考试试题第一题（20分）1、在图示振动系统中，已知：重物C 的质量m 1，匀质杆AB 的质量m 2，长为L ，匀质轮O 的质量m 3，弹簧的刚度系数k 。
当AB 杆处于水平时为系统的静平衡位置。
试采用能量法求系统微振时的固有频率。
解：系统可以简化成单自由度振动系统，以重物C 的位移y 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 y ＝0，此时系统的势能为零。
AB 转角：L y /=ϕ 系统动能：m 1动能：21121y m T =m 2动能：222222222222)31(21))(31(21)31(2121y m L y L m L m J T ====ϕω m 3动能：232232333)21(21))(21(2121ym R y R m J T ===ω 系统势能：221)21(21)21(y k y g m gy m V ++-=在理想约束的情况下，系统的主动力为有势力，则系统的机械能守恒，因而有：E y k gy m gy m ym m m V T =++-++=+2212321)21(2121)2131(21 上式求导，得系统的微分方程为：E y m m m ky'=+++)2131(4321固有频率和周期为：)2131(43210m m m k++=ω2、质量为m 1的匀质圆盘置于粗糙水平面上，轮缘上绕有不可伸长的细绳并通过定滑轮A 连在质量为m 2的物块B 上；轮心C 与刚度系数为k 的水平弹簧相连；不计滑轮A ，绳及弹簧的质量，系统自弹簧原长位置静止释放。
试采用能量法求系统的固有频率。
解：系统可以简化成单自由度振动系统，以重物B 的位移x 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 x ＝0，此时系统的势能为零。
物体B 动能：22121x m T =轮子与地面接触点为速度瞬心，则轮心速度为x v c 21=，角速度为x R21=ω，转过的角度为x R21=θ。
轮子动能： )83(21)41)(21(21)41(212121212221212212x m x RR m xm J v m T c =+=+=ω 系统势能：22228)21(21)(2121x kxR R k R k kx V c ====θ 在理想约束的情况下，系统的主动力为有势力，则系统的机械能守恒，有：E x kxm m V T =++=+22218)83(21上式求导得系统的运动微分方程：083221=++x m m kx固有频率为：210832m m k+=ω第二题（20分）1、在图示振动系统中，重物质量为m ，外壳质量为2m ，每个弹簧的刚度系数均为k 。
中南大学考试试卷2005 - 2006学年上学期时间门o分钟《机械振动基础》课程32学时1.5学分考试形式：闭卷专业年级：机械03级总分100分，占总评成绩70 %注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、填空题（本题15分，每空1分）1＞不同情况进行分类，振动（系统）大致可分成，（）和非线性振动；确定振动和（）；（）和强迫振动；周期振动和（）；（）和离散系统。
2、在离散系统屮，弹性元件储存（）,惯性元件储存（），（）元件耗散能量。
3、周期运动的最简单形式是（），它是时间的单一（）或（）函数。
4、叠加原理是分析（）的振动性质的基础。
5、系统的固有频率是系统（）的频率，它只与系统的（）和（）有关，与系统受到的激励无关。
二、简答题（本题40分，每小题10分）1、简述机械振动的定义和系统发生振动的原因。
（10分）2、简述振动系统的实际阻尼、临界阻尼、阻尼比的联系与区别。
（10分）3、共振具体指的是振动系统在什么状态下振动？简述其能量集聚过程？（20分）4、多自由系统振动的振型指的是什么？（10分）三、计算题（本题30分）图1 2、图2所示为3自由度无阻尼振动系统。
（1）列写系统自由振动微分方程式（含质量矩阵、刚度矩阵）（10分）；（2）设k t[=k t2=k t3=k t4=k9 /, =/2/5 = /3 = 7,求系统固有频率（10 分）。
13 Kt3四、证明题（本题15分）对振动系统的任一位移{兀},证明Rayleigh商R（x）=⑷严⑷满足材 < 尺⑴ < 忒。
{x}\M\{x}这里，［K］和［M］分别是系统的刚度矩阵和质量矩阵，®和①，分别是系统的最低和最高固有频率。
（提示：用展开定理{x} = y{M} + y2{u2}+……+ y n{u n}）3 •简述无阻尼单自由度系统共振的能量集聚过程。
（10 分） 4.简述线性多自由度系统动力响应分析方法。
（10 分）中南大学考试试卷2006 - 2007学年 上 学期 时间120分钟机械振动 课程 32 学时 2 学分 考试形式：闭卷专业年级： 机械04级 总分100分，占总评成绩 70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、填空（15分，每空1分）1. 叠加原理在（A ）中成立；在一定的条件下，可以用线性关系近似（B ） o2. 在振动系统中，弹性元件储存（C ）,惯性元件储存（D ） , （E ）元件耗散 能量。
《振动力学》习题集（含答案）1.1 质量为m 的质点由长度为l 、质量为m 1的均质细杆约束在铅锤平面内作微幅摆动，如图E1.1所示。
求系统的固有频率。
图E1.1解： 系统的动能为：()222121x I l x m T +=其中I 为杆关于铰点的转动惯量：2102120131l m dx x l m x dx l m I l l ⎰⎰==⎪⎭⎫⎝⎛=则有：()221221223616121x l m m x l m x ml T +=+=系统的势能为：()()()2121212414121 cos 12cos 1glx m m glx m mglx x lg m x mgl U +=+=-⋅+-=利用x xn ω= 和U T =可得： ()()lm m gm m n 113223++=ω1.2 质量为m 、半径为R 的均质柱体在水平面上作无滑动的微幅滚动，在CA=a 的A 点系有两根弹性刚度系数为k 的水平弹簧，如图E1.2所示。
求系统的固有频率。
图E1.2解：如图，令θ为柱体的转角，则系统的动能和势能分别为：22222243212121θθθ mR mR mR I T B =⎪⎭⎫ ⎝⎛+==()[]()222212θθa R k a R k U +=+⋅=利用θωθn= 和U T =可得： ()mkR a R mR a R k n 343422+=+=ω1.3 转动惯量为J 的圆盘由三段抗扭刚度分别为1k ，2k 和3k 的轴约束，如图E1.3所示。
求系统的固有频率。
图E1.3解： 系统的动能为：221θ J T =2k 和3k 相当于串联，则有：332232 , θθθθθk k =+=以上两式联立可得：θθθθ32233232 , k k k k k k +=+=系统的势能为：()232323212332222*********θθθθ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=++=k k k k k k k k k k U利用θωθn= 和U T =可得： ()()3232132k k J k k k k k n +++=ω1.4 在图E1.4所示的系统中，已知()b a m i k i , ,3,2,1 和=，横杆质量不计。
《振动力学》习题集（含答案）1.1 质量为m 的质点由长度为l 、质量为m 1的均质细杆约束在铅锤平面内作微幅摆动，如图E1.1所示。
求系统的固有频率。
图E1.1解：系统的动能为：()222121x I l x m T +=其中I 为杆关于铰点的转动惯量：2102120131l m dx x l m x dx l m I l l ⎰⎰==⎪⎭⎫⎝⎛=则有：()221221223616121x l m m x l m x ml T +=+=系统的势能为：()()()2121212414121 cos 12cos 1glx m m glx m mglx x lg m x mgl U +=+=-⋅+-=利用x xn ω= 和U T =可得：()()lm m gm m n 113223++=ω1.2 质量为m 、半径为R 的均质柱体在水平面上作无滑动的微幅滚动，在CA=a 的A 点系有两根弹性刚度系数为k 的水平弹簧，如图E1.2所示。
求系统的固有频率。
图E1.2解：如图，令θ为柱体的转角，则系统的动能和势能分别为：22222243212121θθθ mR mR mR I T B =⎪⎭⎫ ⎝⎛+==()[]()222212θθa R k a R k U +=+⋅=利用θωθn= 和U T =可得：()mkR a R mR a R k n 343422+=+=ω1.3 转动惯量为J 的圆盘由三段抗扭刚度分别为1k ，2k 和3k 的轴约束，如图E1.3所示。
求系统的固有频率。
图E1.3解：系统的动能为：221θ J T =2k 和3k 相当于串联，则有：332232 , θθθθθk k =+=以上两式联立可得：θθθθ32233232 , k k k k k k +=+=系统的势能为：()232323212332222121212121θθθθ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=++=k k k k k k k k k k U利用θωθn= 和U T =可得： ()()3232132k k J k k k k k n +++=ω1.4 在图E1.4所示的系统中，已知()b a m i k i , ,3,2,1 和=，横杆质量不计。
物理机械振动考试题及答案一、单项选择题（每题3分，共30分）1. 简谐运动的振动周期与振幅无关，与以下哪个因素有关？A. 质量B. 弹簧常数C. 初始位移D. 初始速度答案：B2. 阻尼振动中，振幅逐渐减小的原因是：A. 摩擦力B. 重力C. 弹力D. 空气阻力答案：A3. 以下哪个量描述了简谐运动的振动快慢？A. 振幅B. 周期C. 频率D. 相位答案：C4. 两个简谐运动的合成，以下哪个条件可以产生拍现象？A. 频率相同B. 频率不同C. 振幅相同D. 相位相反答案：B5. 以下哪个量是矢量？A. 位移B. 速度C. 加速度D. 以上都是答案：D6. 单摆的周期与以下哪个因素无关？A. 摆长B. 摆球质量C. 重力加速度D. 摆角答案：B7. 以下哪个量描述了简谐运动的能量？A. 振幅C. 频率D. 相位答案：A8. 以下哪个因素会影响单摆的周期？A. 摆长B. 摆球质量C. 摆角D. 重力加速度答案：A9. 阻尼振动中，振幅减小到原来的1/e时，经过的时间为：A. 1/2TB. TC. 2T答案：C10. 以下哪个现象不是简谐运动？A. 弹簧振子B. 单摆C. 弹簧振子的振幅逐渐减小D. 单摆的振幅逐渐减小答案：C二、填空题（每题4分，共20分）11. 简谐运动的周期公式为：T = 2π√(____/k)，其中m为质量，k为弹簧常数。
答案：m12. 单摆的周期公式为：T = 2π√(L/g)，其中L为摆长，g为重力加速度。
答案：L13. 阻尼振动的振幅公式为：A(t) = A0 * e^(-γt)，其中A0为初始振幅，γ为阻尼系数，t为时间。
答案：A014. 简谐运动的频率公式为：f = 1/T，其中T为周期。
答案：1/T15. 简谐运动的相位公式为：φ = ωt + φ0，其中ω为角频率，t 为时间，φ0为初始相位。
答案：ωt + φ0三、计算题（每题10分，共50分）16. 一个质量为2kg的物体，通过弹簧连接在墙上，弹簧的弹簧常数为100N/m。
振动力学（试题） 2008一、填空（每空2分）1、设周期振动信号的周期为T，则其傅里叶级数的展开的基频为＿＿＿＿2、单自由度粘性阻尼系统的阻尼因子ζ与阻尼系数的关系为＿＿＿3、单自由度粘性阻尼系统在简谐力0sinp tω作用下系统响应的稳态振动的幅值为＿＿＿4、粘性阻尼一周期内所消耗的能量与频率成＿＿＿比。
5、无阻尼多自由度系统的主振型正交关系为＿＿＿＿＿＿6、写出多自由度系统再频率域的输入与输出之间的关系＿＿＿＿＿7、写出瑞利商的表达式＿＿＿＿＿＿8、多自由度系统中共存在r个主固有频率，其相应的主振型＿＿＿正交。
9、无阻尼多自由度系统，利用里兹法计算出的主振型关于M、K是否正交？＿＿＿（答是或否）10、写出如图T-1所示梁的左端边界条件＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿图T-1二、（20分）系统如图T-2所示，杆AB 为刚性、均质，长度为L ,总质量为m ，弹簧刚度为k ，阻尼系数为c 。
求系统的固有频率及阻尼因子。
三、系统如图T-3所示。
求系统的固有频率与主振型。
图T-23图T-3四、五、（20分）简支梁如图T-5所示，弹性模量为E ，质量密度为 ，横截面积为A ，截面惯性矩为J 。
求梁在中央受集中弯矩M 下的响应。
（假设梁的初始状态为零）图T-5答案一、填空（每空2分）1、周期振动信号的周期为T ，则其傅里叶级数的展开的基频为2/T π2、单自由度粘性阻尼系统的阻尼因子ζ与阻尼系数的关系为ζ=3、单自由度粘性阻尼系统在简谐力0sin p t ω作用下系统响应的稳态振动的幅值为0p B k =4、粘性阻尼一周期内所消耗的能量与频率成＿正＿比。
5、无阻尼多自由度系统的主振型正交关系为 加权（M,K ）正交：0()()T T i j pi i j M M i j ϕϕ≠⎧=⎨=⎩0()()T Ti j pi i j K K i j ϕϕ≠⎧=⎨=⎩ 6、写出多自由度系统在频率域的输入与输出之间的关系()()()x H P ωωω=其中21()()H K M i C ωωω-=-+7、写出瑞利商的表达式 ()T T X KXR X X MX=8、多自由度系统中共存在r 个重固有频率，其相应的主振型＿？加权（M,K ）正交。
振动试验试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 振动试验中，以下哪个参数是不需要测量的？A. 频率B. 加速度C. 温度D. 时间答案：C2. 振动试验的目的是什么？A. 测试产品的重量B. 测试产品的耐热性C. 测试产品的耐振性D. 测试产品的耐压性答案：C3. 在振动试验中，通常使用哪种类型的振动？A. 随机振动B. 正弦振动C. 谐振振动D. 所有以上答案：D4. 振动试验中，加速度的单位是什么？A. 米/秒²B. 牛顿C. 帕斯卡D. 瓦特答案：A5. 振动试验中，频率的单位是什么？A. 赫兹B. 米/秒C. 牛顿D. 瓦特答案：A6. 以下哪种振动试验不适用于电子产品？A. 正弦振动试验B. 随机振动试验C. 冲击试验D. 跌落试验答案：D7. 振动试验的频率范围通常是？A. 5Hz-500HzB. 1Hz-100HzC. 100Hz-1000HzD. 500Hz-5000Hz答案：A8. 振动试验的加速度范围通常是？A. 0.1g-10gB. 1g-100gC. 10g-1000gD. 100g-10000g答案：B9. 在振动试验中，什么是“g”？A. 重力加速度B. 重力的单位C. 振动的频率D. 振动的振幅答案：A10. 振动试验的持续时间通常由什么决定？A. 试验设备的能力B. 被测试产品的重量C. 被测试产品的耐振性D. 试验标准的规定答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 振动试验可以模拟以下哪些环境条件？A. 运输过程中的振动B. 地震C. 操作过程中的振动D. 所有以上答案：D2. 在振动试验中，哪些因素会影响试验结果？A. 试验设备的精度B. 试验环境的温度C. 被测试产品的材料D. 被测试产品的结构答案：A, B, C, D3. 以下哪些是振动试验的类型？A. 正弦振动试验B. 随机振动试验C. 冲击试验D. 跌落试验答案：A, B4. 振动试验中，哪些参数需要记录？A. 频率B. 加速度C. 时间D. 振幅答案：A, B, C5. 振动试验中，以下哪些因素需要控制？A. 试验的频率B. 试验的加速度C. 试验的时间D. 试验的环境答案：A, B, C, D三、判断题（每题1分，共10分）1. 振动试验只适用于机械产品。
2008年振动力学期末考试试题第一题（20分）1、在图示振动系统中，已知：重物C 的质量m 1，匀质杆AB 的质量m 2，长为L ，匀质轮O 的质量m 3，弹簧的刚度系数k 。
当AB 杆处于水平时为系统的静平衡位置。
试采用能量法求系统微振时的固有频率。
解：系统可以简化成单自由度振动系统，以重物C 的位移y 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 y ＝0，此时系统的势能为零。
AB 转角：L y /=ϕ 系统动能：m 1动能：21121y m T =m 2动能：222222222222)31(21))(31(21)31(2121y m L y L m L m J T ====ϕω m 3动能：232232333)21(21))(21(2121ym R y R m J T ===ω 系统势能：221)21(21)21(y k y g m gy m V ++-=在理想约束的情况下，系统的主动力为有势力，则系统的机械能守恒，因而有：E y k gy m gy m ym m m V T =++-++=+2212321)21(2121)2131(21 上式求导，得系统的微分方程为：E y m m m ky'=+++)2131(4321固有频率和周期为：)2131(43210m m m k++=ω2、质量为m 1的匀质圆盘置于粗糙水平面上，轮缘上绕有不可伸长的细绳并通过定滑轮A 连在质量为m 2的物块B 上；轮心C 与刚度系数为k 的水平弹簧相连；不计滑轮A ，绳及弹簧的质量，系统自弹簧原长位置静止释放。
试采用能量法求系统的固有频率。
解：系统可以简化成单自由度振动系统，以重物B 的位移x 作为系统的广义坐标，在静平衡位置时 x ＝0，此时系统的势能为零。
物体B 动能：22121x m T =轮子与地面接触点为速度瞬心，则轮心速度为x v c 21=，角速度为x R21=ω，转过的角度为x R21=θ。
轮子动能： )83(21)41)(21(21)41(212121212221212212x m x RR m xm J v m T c =+=+=ω 系统势能：22228)21(21)(2121x kxR R k R k kx V c ====θ 在理想约束的情况下，系统的主动力为有势力，则系统的机械能守恒，有：E x kxm m V T =++=+22218)83(21上式求导得系统的运动微分方程：083221=++x m m kx固有频率为：210832m m k+=ω第二题（20分）1、在图示振动系统中，重物质量为m ，外壳质量为2m ，每个弹簧的刚度系数均为k 。
设外壳只能沿铅垂方向运动。
采用影响系数方法：（1）以x 1和x 2为广义坐标，建立系统的微分方程；（2）求系统的固有频率。
解：系统为二自由度系统。
当x1＝1，x2＝0时，有：k11＝2k ，k21＝－2k 当x2＝1，x2＝1时，有：k22＝4k ，k12＝－2k 因此系统刚度矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--k k k k 4222 系统质量矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡m m 200 系统动力学方程为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡0042222002121x x k k k k xx m m频率方程为：024222)(Δ22=----=ωωωm k kkm k 解出系统2个固有频率：m k )22(21-=ω，mk )22(22+=ω2、在图示振动系统中，物体A 、B 的质量均为m ，弹簧的刚度系数均为k ，刚杆AD 的质量忽略不计，杆水平时为系统的平衡位置。
采用影响系数方法，试求：（1）以x 1和x 2为广义坐标，求系统作微振动的微分方程；（2）系统的固有频率方程。
解：系统可以简化为二自由度振动系统，以物体A 和B 在铅垂方向的位移x 1和x 2为系统的广义坐标。
当x1＝1，x2＝0时，AD 转角为L 3/1=θ，两个弹簧处的弹性力分别为L k θ和L k θ2。
对D 点取力矩平衡，有：kL k 91411=；另外有kL k -=21。
同理，当x2＝1，x2＝1时，可求得：kL k =22，kL k -=12 因此，系统刚度矩阵为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--kL kL kL kL 914 系统质量矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡m m 00 系统动力学方程为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡00914002121x x kL kL kL kL x x m m频率方程为：091422=----ωωm kL kLkL m kL即：0523922242=+-L k kmL m ωω第三题（20分）在图示振动系统中，已知：物体的质量m 1、m 2及弹簧的刚度系数为k 1、k 2、k 3、k 4。
（1）采用影响系数方法建立系统的振动微分方程；（2）若k 1= k 3=k 4= k 0，又k 2=2 k 0，求系统固有频率；（3）取k 0 =1，m 1=8/9，m 2 =1，系统初始位移条件为x 1(0)=9和x 2(0)=0，初始速度都为零，采用模态叠加法求系统响应。
解：（1）系统可以简化为二自由度振动系统。
当x1＝1，x2＝0时，有：k11＝k1+k2+k4，k21＝－k2x x当x2＝1，x2＝1时，有：k22＝k2+k3，k12＝－k2。
因此，系统刚度矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--++3222421k k k k k k k系统质量矩阵为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡2100m m 系统动力学方程为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--+++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡00002132224212121x x k k k k k k k x xm m（2）当0431k k k k ===，022k k =时，运动微分方程用矩阵表示为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡003224002100002121x x k k k k x xm m 频率方程为：04)3)(4(20220210=---k m k m k ωω 08)43(202021421=++-k k m m m m ωω求得：)168943(22221212121021m m m m m m m m k +--+⋅=ω)168943(22221212121022m m m m m m m m k +-++⋅=ω（3）当k 0=1，m 1=8/9，m 2 =1时，系统质量阵：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=10098M 系统刚度阵：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=3224K固有频率为：2321=ω，622=ω 主模态矩阵为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=112343Φ 主质量阵：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡==30023M ΦΦM Tp主刚度阵：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡==180049K ΦΦK Tp 模态空间初始条件：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-44)0()0()0()0(21121x x q q Φ， ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-00)0()0()0()0(21121xx q q Φ 模态响应：01211=+q q ω ，02222=+q q ω即：t t q 11cos 4)(ω=，t t q 22cos 4)(ω-=因此有：⎩⎨⎧-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡t t t t t q t q t x t x 21212121cos 4cos 4cos 6cos 3)()()()(ωωωωΦ第四题（20分）一匀质杆质量为m ，长度为L ，两端用弹簧支承，弹簧的刚度系数为k 1和k 2。
杆质心C 上沿x 方向作用有简谐外部激励t ωsin 。
图示水平位置为静平衡位置。
（1）以x 和θ为广义坐标，采用影响系数方法建立系统的振动微分方程；（2）取参数值为m=12，L =1，k 1 =1，k 2 =3，求出系统固有频率；（2）系统参数仍取前值，试问当外部激励的频率ω为多少时，能够使得杆件只有θ方向的角振动，而无x 方向的振动？ 解：（1）系统可以简化为二自由度振动系统，选x 、θ为广义坐标，x 为质心的纵向位移，θ 为刚杆的角位移，如图示。
当1=x 、0=θ时：2111k k k +=，2)(1221L k k k -= 当0=x 、1=θ时：2)(1211L k k k -=，4)(22122L k k k +=因此，刚度矩阵为：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--+=4)(2)(2)(221121221L k k Lk k L k k k k K 质量矩阵为：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=212100mL m M 系统动力学方程：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡0sin 4)(2)(2)(121002*********t x L k k L k k L k k k k x mL m ωθθ（2）当m=12，L =，k 1 =1，k 2 =3时，系统动力学方程为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡0sin 111410012t x x ωθθ频率方程为：0111124202=--ωω即：0316122040=+-ωω求得：67420±=ω （3）令t x x ωθθsin ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡，代入上述动力学方程，有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--0111112422θωωx 由第二行方程，解得21ωθ--=x，代入第一行的方程，有：21k ⋅⋅θ 1=1)124(122---=ωωx ，]1)124[(2---=ωθ 要使得杆件只有θ方向的角振动，而无x 方向的振动，则需0=x ，因此1=ω。
第五题（20分）如图所示等截面悬臂梁，梁长度为L ，弹性模量为E ，横截面对中性轴的惯性矩为I ，梁材料密度为ρ。
在梁的a 位置作用有集中载荷)(t F 。
已知梁的初始条件为：)()0,(1x f x y =，)()0,(2x f x y = 。
（1）推导梁的正交性条件；（2）写出求解梁的响应),(t x y 的详细过程。
（假定已知第i 阶固有频率为i ω，相应的模态函数为)(x i φ，∞=~1i ）提示：梁的动力学方程为：),(]),([222222t x f ty S x t x y EI x =∂∂+∂∂∂∂ρ，其中)()(),(a x t F t x f -=δ，δ为δ函数。
解：（1）梁的弯曲振动的动力学方程为：0),(]),([222222=∂∂+∂∂∂∂tt x y S x t x y EI x ρ ),(t x y 可写为：)sin()()()(),(θωφφ+==t a x t q x t x y代入梁的动力学方程，有：φρωφS EI 2)(=''''设与i ω、j ω对应有i φ、j φ，有： i i i S EI φρωφ2)(=''''（1）j j j S EI φρωφ2)(=''''（2）式（1）两边乘以j φ并沿梁长对x 积分，有：⎰⎰=''''lj i i li j dx S dx EI 020)(φφρωφφ （3）利用分部积分，上式左边可写为：⎰⎰''''+'''-'''=''''l lj i l i j l i j i j dx EI EI EI dx EI 000)()()(φφφφφφφφ （4）由于在梁的简单边界上，总有挠度或剪力中的一个与转角或弯矩中的一个同时为零，所以，上式右边第一、第二项等于零，成为：⎰⎰''''=''''l lj i i j dx EI dx EI 0)(φφφφ 将上式代入（3）中，有：⎰⎰=''''llj i i j i dx S dx EI 02φφρωφφ（5）式（2）乘i φ并沿梁长对x 积分，同样可得到：⎰⎰=''''llji jji dx S dx EI 02φφρωφφ （6）由式(5)、(6)得：⎰=-lj i ji dx S 0220)(φφρωω（7）如果j i ≠时，j i ωω≠，则有：⎰=lji dx S 00φφρ 当j i ≠（8）上式即梁的主振型关于质量的正交性。
